DE3518799A1 - Mehrschichten-gleitlager - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

STUNTZSTR.',GCC 16 8000 M¹JNCCJ

Anwaltsakte 34 384 V

3518799 24. Mai 1985

Fürstlich Hohenzollernsche Hüttenverwaltung Laucherthal

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MEHRSCHICHTEN-GLEITLAGER

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Mehrschichten-Gleitlager

Die Erfindung betrifft Mehrschichten-Gleitlager aus einem Stahlstützkörper, vorzugsweise einer Stahlstützschale,

einer Zwischenschicht aus Bleibronze, d. h. einer Kupferlegierung mit 8 bis 30 % Bleianteil, einer Sperrschicht aus galvanisch abgeschiedenem Eisen oder Nickel und einer auf diese Sperrschicht aufgegossenen oder galvanisch aufgebrachten Laufschicht mit einem Zinnanteil von 8 bis 93 %.

Gleitlager der vorgenannten Art erfüllen in hohem Maße die Forderung, daß an den Grenzflächen der einzelnen Metalle keine physikalischchemischen Vorgänge stattfinden, die zu einer Beeinträchtigung der Bindungsqualität führen. Derartige Vorgänge können stattfinden, wenn an der Grenzfläche zweier Metallschichten chemische Elemente aus unterschiedlichen Legierungen dieser Schichten aufeinandertreffen, die in der Lage sind, miteinander unter Bildung von Verbindungen zu reagieren, die unerwünschte Eigenschaften aufweisen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich vor allem um intermetallische Phasen von außerordentlicher Härte und Sprödigkeit.

Besonders gefürchtet sind die intermetallischen Phasen Cu^Sn und CugSn^, die sich zwischen Kupfer und Zinn bilden, wenn als Zwischenschicht eine Bleibronze und als Gleitschicht eine zinnhaltige Legierung verwendet wird. Die für die Lagertechnik wichtigsten zinnhaltigen Legierungen sind Weißmetalle, die im Verbundgußverfahren auf die Bieibronze aufgebracht werden, sowie die galvanisch aufgebrachten Legierungen mit bis 20 % Zinn, 2 bis 3 % Kupfer, Rest Blei. In letzter Zeit haben

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ferner galvanisch abgeschiedene Laufschichten an Bedeutung gewonnen mit einem Anteil von etwa 92 % Zinn und etwa 7 % Antimon.

Damit eine Reaktion zwischen dem Kupfer der Bleibronze und dem Zinn der Laufschicht nicht eintreten kann, ist es üblich, die Oberfläche der Bleibronze vor dem Aufbringen des zinnhaltigen Laufschichtmetalles durch eine galvanisch aufgebrachte Sperrschicht von wenigen Mikrometern Dicke abzudecken und das Laufschichtmetall dann auf diesen sogenannten Sperrdamm aufzubringen. Auf breiter Ebene hat sich der Ni ekel sperrdamm in der Vergangenheit für Lager mit galvanischer Laufschicht mit einem Zinnanteil von nur 10 bis 20 % bewährt.

Für Lager mit aufgegossenem Weißmetall müssen bei diesem Nickel-Sperrdamm jedoch erhebliche Einschränkungen gemacht werden. Insbesondere Weißmetalle auf Zinnbasis, die im allgemeinen einen Zinnanteil von 80 bis 90 % besitzen, lassen sich auf einen Nickel-Sperrdamm nicht mit der geforderten Bindungsqualität aufgießen.

Der Grund dafür ist, daß der Niekel-Sperrdamm wohl in der Lage ist, die Bildung der extrem gefährlichen intermetallischen Phasen Cu₃Sn und CUgSn₅ zu verhindern, daß aber auch Nickel mit Zinn spröde intermetallische Verbindungen bildet. Die Bildungsgeschwindigkeit dieser Phasen ist verhältnismäßig gering, wenn sich die Reaktionspartner Nickel und Zinn im festen Zustand und auf verhältnismäßig niedriger Temperatur befinden. Aus diesem Grunde ist Nickel für Lager mit galvanischer Laufschicht ein brauchbares Sperrschichtmaterial. Dagegen bildet sich bei Weißmetallager mit aufgegossener Laufschicht bereits während des Aufgießens, das bei einer Temperatur zwischen 380 und 420° C erfolgt, an der Grenzfläche zwischen Nickel und Weißmetall eine intermetallische Schicht aus Ni₃Sn und Ni₃Sn₂ mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 Mikrometern aus.

Bei der im Lagerbetrieb auftetenden dynamischen Beanspruchung treten in dieser spröden Zwischenschicht Risse auf, die zu großflächigen Ablösungen des Weißmetalls führen. Besonders intensiv erfolgt die

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Bildung der intermetallischen Schicht beim Aufgießen von Weißmetallen auf Zinnbasis. Bei diesen Legierungen liegt der Zinngehalt wie schon oben erwähnt, zwischen 80 und 90 %. Es sei hier der Vollständigkeit halber erwähnt, daß das Aufgießen von Weißmetallen auf Bleibasis, die in der Regel nur ca. 10 % Zinn enthalten, bei einem Nickel-Sperrdamm weniger kritisch ist.

Da die gegossenen Zinnbasis-Weißmetalle den Weißmetallen auf Bleibasis aber hinsichtlich Ermüdungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kavitationsbeständigkeit überlegen sind, sind gerade die Zinnbasis-Weißmetalle als Laufschichtwerkstoffe von größtem Interesse.

Bei den oben bereits erwähnten galvanisch abgeschiedenen, hoch zinnhaltigen Laufschichten mit einem gewissen Anteil von Antimon ist zwar die Gefahr der Bildung spröder intermetallischer Schichten an der Grenzfläche zwischen Nickel und Zinn bei der Herstellung der Lager wegen der niedrigen Temperaturen der Galvanikbäder gering. Bei Dieselmotoren mit hoher spezifischer Leistung jedoch wird der Laufschicht laufend Reaktionsenergie zugeführt, die zu einer erhöhten Diffusionsgeschwindigkeit führt, so daß auch hier diese, die Lebensdauer der Lager vermindernden, spröden, intermetallischen Schichten entstehen. Somit erweist sich auch für diese Laufschicht der Nickel-Sperrdamm als nur sehr bedingt brauchbar.

Es ist schon seit Jahrzehnten bekannt, daß auch Eisen und Cobalt als Sperrdamm zwischen einer Kupferlegierung und einer hoch zinnhaltigen Legierung geeignet ist. Für gegossene Laufschichten mit hohem Zinngehalt hat jedoch Cobalt eine noch schlechtere Diffusionsstabilität als Nickel. Die Verwendung eines Eisensperrdammes zwischen Bleibronze und einer galvanischen Laufschicht oder einer aufgegossenen Weißmetallschicht hat sich ebenfalls bisher nicht durchsetzen können. Der Hauptgrund hierfür ist, daß eine auf Bleibronze abgeschiedene Eisenschicht nicht die für ein Gleitlager nötige Haftfestigkeit aufweist. Insbe-

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sondere war man bisher nicht in der Lage, galvanisch abgeschiedene Eisensperrschichten mit Weißmetall zu begießen, ohne daß sich das Eisen von der Bleibronze ablöste. Diese Schwierigkeiten sind der Grund dafür, daß Gleitlager mit Eisensperrdamm bisher nicht eingesetzt worden sind, obwohl das Eisen gegenüber Zinn sich hinsichtlich der Bildung von intermetallischen Verbindungen wesentlich günstiger verhält.

Bei dünnen Laufschichten von nur 20 bis 50 Mikrometern Dicke tritt nicht selten der Fall ein, daß die Laufschicht vollständig verschleißt und die Welle zunächst auf der Sperrschicht, später dann auch auf der Bleibronze läuft. Die Phase des Hindurchtretens der Welle durch die Sperrschicht kann sich als kritisch erweisen. Insbesondere, wenn die Sperrschicht aus dem bisher ausschließlich als Sperrschichtmetall verwendeten Nickel besteht, muß davon ausgegangen werden, daß die Sperrschicht eine für die Welle, insbesondere für eine nicht gehärtete Welle sehr hohe Härte besitzt. Diese Härte kann bei Nickel bis zu 380 Vickerseinheiten betragen.

Ähnlich wie Nickel kann auch galvanisch abgeschiedenes Eisen sehr hart sein. Diese hohe Härte kommt hauptsächlich durch im Eisen gelösten Wasserstoff zustande, der bei der elektrochemischen Eisenabscheidung mit abgeschieden wird.

Der Sperrdamm muß also zusätzlich zur Diffusionsstabilität weitere, bisher nicht realisierte Eigenschaften aufweisen, die ein Höchstmaß an Freßsicherheit zwischen Welle und Sperrschicht gewährleisten, die es verhindert, daß beim Durchlaufen der Welle durch diese kritische Komponente des im wesentlichen ternären Aufbaus der Gleitlagerschichten eine die Betriebssicherheit gefährlich beeinträchtigende Schädigung der Wellenoberfläche eintritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem hoch belastbaren Gleitlager die Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß auf kostengünstige Weise beide Metalle, nämlich Eisen oder Nickel alternativ als galvanisch abgeschiedener Sperrdamm verwendet werden können und dieser Sperr-

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damm eine bessere Verträglichkeit gegenüber der Gegenlauffläche besitzt, wenn z.B. die Welle nach verschlissener Laufschicht direkt auf dem Sperrdamm läuft.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß aus der zu galvanisierenden Oberfläche der Zwischenschicht die dort angeschnittenen Bleianteile der Kupferlegierung entfernt sind und, daß sich die galvanische Sperrschicht in die auf diese Weise entstandenen Kavernen der Kupfermatrix hineinerstreckt und deren Wand auskleidend bedeckt, wobei die von der Sperrschicht ausgekleideten Kavernen durch Metallanteile der Laufschicht ausgefüllt sind.

Die Vorteile eines derartigen erfindungsgemäßen Gleitlagers sind beträchtlich. Die mit bleifreien Kavernen versehene Oberfläche der Bleibronze erfüllt in hohem Maße die Forderung, daß auf wirtschaftlichem Wege alternativ sowohl Eisen als auch Nickel als Sperrdamm galvanisch abgeschieden werden kann. Somit stehen für alle gebräuchliche, sowohl gegossene als auch galvanisch abgeschiedene Laufschichtlegierungen die notwendigen passenden Diffusionssperrdämme zur Verfügung. Die mikrofein zerklüftete Oberfläche der Bleibronze bedingt nicht nur eine für die Festigkeit der Diffusionsbindung der Laufschicht auf dem Sperrdamm wesentlich vergrößerte Oberfläche, sondern sie sorgt auch für eine gute Verklammerung der Laufschicht in der Zwischenschicht.

Trotz der Auskleidung der Kavernen durch den Sperrdamm bleibt noch genügend Raum in den Vertiefungen dieser nunmehr galvanischen Oberfläche, so daß die anschließend aufgebrachte Laufschicht in diese Vertiefung hineinragt. Indem das Weißmetall auf diese Weise an zahlreichen mikroskopisch kleinen Stellen die Sperrschicht gleichsam durchsetzt, erhält die Sperrschicht eine ähnliche Struktur wie die Bleibronze, d.h. es sind in eine relativ harte Grundmasse (hier Eisen oder Nickel, dort Kupfer) relativ weiche Einschlüsse (hier Weißmetall, dort Blei) eingelagert. Der Anteil der weichen Phase im Eisen oder Nickel ist etwas geringer als in der Bronze, da ja ein

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Teil des Hohlraumvolumens durch die Sperrschichtauskleidung verloren geht. Der erfindungsgemäße Sperrdamm besitzt somit Gleitlagereigenschaften.

Es hat sich gezeigt, daß eine auf diese Weise in ihrer Struktur heterogen gemachte Sperrschicht gegenüber einem homogenen glatten Sperrdamm den großen Vorteil ajfweist, daß auch nicht gehärtete Wellen ohne Schädigung ihrer Oberfläche diese neuartigen Sperrdämme durchlaufen können. Dadurch, daß durch den Verschleiß die feinen Einsprenkelungen des Weißmetalles freigelegt sind, ist an diesen Stellen die Ölbenetzbarkeit besser, das Mischreibungsverhalten der die Welle tragenden Sperrschicht wird dadurch verbessert. Hinzu kommt, daß bei einer örtlichen überhitzung im Lager das Weißmetall, dessen untere Schmelzintervallgrenze bei 235° C liegt, aus den Vertiefungen austreten kann und die Sperrschicht mit einem dünnen Weißmetallfilm überzieht, der reibungsvermindernd wirkt. Die Lebensdauer des Lagers wird dadurch beträchtlich erhöht.

Damit diese Phase des Durchlaufens der Welle durch den Sperrdamm nur möglichst kurze Zeit dauert, ist es zweckmäßig, daß die Sperrschicht nach dem galvanischen Abscheiden im Mittel nur eine Dicke von 3 bis 8 Mikrometern aufweist. Auch sind dadurch die Galvanikzeiten für das Aufbringen des Sperrdammes kurz.

Mehrschichten-Gleitlager, die eine Laufschicht aufweisen aus gegossenen Zinn-Lagerlegierungen, sind besonders korrosions- und verschleißfest. Im Falle, daß die Dicke der Laufschicht durch eine Feinstbearbeitung im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm liegt, besitzen solche Lager auch eine sehr hohe Ermüdungsbeständigkeit. Voraussetzung dafür ist aber vor allen Dingen, daß die Bindung zwischen der Laufschicht und der Zwischenschicht über dem Sperrdamm eine hervorragende Festigkeit aufweist. Wie schon weiter oben erläutert, wird dies dadurch erreicht, daß im Falle einer aufgegossenen Laufschicht aus einer Zinnlegierung mit 5 bis 10 % Antimon, 2 bis 5 % Kupfer, bis 0,5 % Arsen und bis 2 % Cadmium als Sperrdamm eine Eisenschicht vorgesehen ist.

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Die hervorragende Bindungsfestigkeit der Laufschicht zur Zwischenschicht ist dadurch gegeben, daß diese Eisensperrschicht im Übergangsbereich zur gegossenen Laufschicht eine Reaktionsschicht aus einer Eisen-Zinn-Verbindung (FeSn^) aufweist. Auf welche Weise diese Reaktionsschicht erzeugt wird, wird weiter unten noch erläutert.

Es ist auch möglich, als Laufschicht eine bisher bekannte galvanische Ternärschicht zu verwenden, wobei die galvanisch auf die Eisenoder Nickelsperrschicht aufgebrachte Laufschicht eine Lagerlegierung ist mit 8 bis 15 % Zinn, 0 bis 3,5 % Kupfer, Rest Blei.

Wie schon erwähnt, ist es neuerdings auch möglich, hochzinnhaltige Laufschichten maßgalvanisch abzuscheiden, wobei in diesem Falle ein Nickel-Sperrdamm nicht die ausreichende Diffusionsstabilität aufweist. Eine Verbesserung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Falle einer galvanisch aufgebrachten Laufschicht aus einer Zinnlegierung mit 3 bis 9 % Antimon, weniger als 1 % Kupfer und weniger als 0,5 % Blei als Sperrdamm eine Eisenschicht vorgesehen ist. Da diese zinngalvanische Laufschicht mit nur einer Schichtdicke bis 50 μΓη gefertigt wird, erweist sich besonders hier die heterogene Struktur des Eisensperrdamms für die Notlaufeigenschaft des Lagers beim Durchlaufen der Sperrschicht als besonderer Vorteil

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Lagers gemäß der Erfindung ergibt sich unter der Bedingung, daß die gegossenen Laufschichten eine Dicke zwischen 50 und 1000 μηη, die galvanischen Laufschichten eine Dicke von 10 bis 60 pm aufweisen.

Es ist allgemein bekannt, daß man Blei von oder aus einer Oberfläche entfernen kann durch eine Behandlung mit Agenzien wie beispielsweise Essigsäure, Ameisensäure oder Zitronensäure. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, das Blei der Bleibronzeeinschlüsse selektiv aufzulösen, wobei gleichzeitig die Kupfer- bzw. Kupfer-Zinn-Grundmasse praktisch nicht angegriffen wird. Zur Herstellung der geschilderten Oberfläche der Bleibronze für das erfindungsgemäße Lager kann deshalb so vorgegangen werden, daß die an der Ober-

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fläche der Zwischenschicht angeschnittenen Bleianteile durch Behandlung mit einer Lösung aus Essigsäure und Wasserstoffperoxid erfolgt, anschließend die dabei entstehenden Reaktionsprodukte mittels Ultraschall aus den Kavernen entfernt werden und anschließend die Sperrschicht galvanisch abgeschieden wird.

Indem die Bleieinschlüsse auf diese Weise aus der Oberfläche der Bleibronze herausgelöst werden, entsteht an der Stelle eines jeden Bleieinschlusses ein zur Oberfläche hin geöffneter Hohlraum oder eine muldenförmige Vertiefung. Aus diesen Kavernen müssen die Reste des Bleilösungsagens und die Lösungsprodukte vollständig entfernt werden, bevor das Eisen elektro-chemisch abgeschieden wird. Die Entfernung dieser Rückstände erfolgt wirkungsvoll durch Ultraschalleinwirkung unter Wasser. Die Eisensperrschicht wird anschließend aus einem der herkömmlichen salz- oder schwefelsauren Elektrolyten in einer Schichtdicke von vorzugsweise 2 bis 3 Mikrometer abgeschieden. Möchte man anstelle von Eisen- einen Nickelsperrdamm abscheiden, so kann mit den dem Fachmann seit langem bekannten Verfahren gearbeitet werden. Diese Bäder besitzen im allgemeinen eine genügende Streufähigkeit, um auch die Wandungen der Kavernen mit einer Galvanikschicht auszukleiden. Da unter der Vielzahl der Bleieinschlüsse stets ein relativ hoher Anteil mit einem Durchmesser von mehr als 6 Mikrometern vorhanden ist, werden diese Kavernen durch die Galvanikschicht nicht vollständig ausgefüllt, sondern lediglich um die Dicke der Sperrschicht verkleinert. Wird nun durch den nachfolgenden Prozeß des Weißmetallaufbringens der Sperrdamm mit Weißmetall überdeckt, so füllen sich auch die ausgekleideten Kavernen mit diesem Weißmetall.

In dem Falle, daß nun diese mit Kavernen durchsetzte Sperrdamm-Oberfläche mit einem Weißmetall begossen werden soll, muß vor dem Aufgießen des Weißmetalles die Eisensperrschicht verzinnt werden, indem eine Reaktion zwischen geschmolzenem Zinn-2-Chlorid und Eisen herbeigeführt wird, wobei sich flüssiges Zinn unter Bildung

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von FeSn₂ auf der Eisenoberfläche niederschlägt.

Möchte man die Laufschicht galvanisch auf die mit Kavernen durchsetzte Sperrschicht abscheiden, so muß man darauf achten, daß das galvanische Abscheiden der Laufschicht unmittelbar anschließend an die galvanische Abscheidung der Sperrschicht erfolgt.

Wird Eisen als Sperrschichtmetall verwendet, dann ist es wichtig, daß das Eisen dieser Sperrschicht sehr weich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Eisensperrschicht vor dem Aufbringen der Laufschicht wärmebehandelt wird, wobei die Lager eine Stunde auf 280 bis 300^c C gehalten werden.

In der Zeichnung zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines metallographischen Schliffes durch ein bekanntes Gleitlager gemäß dem Oberbegriff.

Figur 2 eine schematische Darstellung eines metal lographischen Schliffes durch die Laufschicht und die Zwischenschicht eines Mehrschichten-Gleitlagers gemäß der Erfindung.

In der Zeichung ist mit 1 die Kupfermatrix gezeigt, in die mehr oder weniger fein verteilt, kugelig oder dendritisch der Bleianteil 2 eingelagert ist. Bei der Bearbeitung der Bleibronzeoberfläche werden die dort vorhandenen Bleipartikel 5 angeschnitten, so daß diese Bleieinlagerungen an der bearbeiteten Oberfläche deutlich sichtbar in Erscheinung treten. Bei den bekannten Mehrschichten-Gleitlagern dieser Art ist der Diffusionssperrdamm 3 auf diese glatt bearbeitete Oberfläche aufgalvanisiert, so daß sowohl die Kupfermatrix als auch die angeschnittenen Bleipartikel durch den Sperrdamm abgedeckt sind. Wird Nickel als Sperrdamm-Material verwendet, so entsteht eine weitgehend geschlossene Galvanikoberfläche, auf die die Laufschicht 4 aufgebracht wird, wobei der

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Sperrdamm eine Diffusion des Zinnes aus der Laufschicht in die Bleibronze verhindert. Handelt es sich bei der Laufschicht 4 um Weißmetalle, die überwiegend Blei enthalten, und nur sehr geringe Anteile an Zinn, dann ist die Gefahr der Bildung von intermetallischen Grenzschichten an der Nickeloberfläche sehr gering. Versucht man jedoch hoch zinnhaltige Weißmetalle in flüssigem Zustand auf diese Nickeloberfläche zu gießen, dann entsteht schon bei der Herstellung die spröde intermetallische Schicht aus Ni₃Sn und Ni₃Sn₂ mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 Mikrometern. Dieser Diffusionsprozeß ist jedoch mit der Herstellung des Lagers keineswegs beendet, sondern schreitet im Betrieb als Gleitlager fort, bis sich schließlich der gesamte Ni ekel sperrdamm aufgelöst hat. Nachdem diese Reaktion vollständig stattgefunden hat zwischen der Laufschicht und dem Sperrdamm, setzt sich die Zinndiffusion fort durch die aus Ni₃Sn. bestehende intermetallische Zwischenschicht und bildet intermetallische Verbindungen mit der Bleibronze, insbesondere mit dem Kupfer. Im frühen Stadium dieser Sekundärdiffusion entstehen Risse in der NigSn^-Schicht, so daß örtliche Bereiche der abgeschiedenen Laufschicht isoliert werden und herausbrechen. Die Bildung dieser Kupfer-Zinn-Nickel-Verbindung reduziert die Bindungsfestigkeit ganz beträchtlich durch die extreme Sprödigkeit dieser intermetallischen Verbindung. Messungen haben ergeben, daß eine ursprünglich nur 3 Mikrometer dicke Nickelschicht bei einer Temperatur von 135° C schon nach etwa 3000 Stunden auf eine Reaktionsschichtdicke angewachsen ist von 6 Mikrometern.

In Figur 2 kann man die nach oben geöffneten Kavernen 6 erkennen, aus denen das Blei entfernt ist und die durch den Diffusionssperrdamm weitgehend ausgekleidet sind. Bei einer derartigen Oberfläche der zu galvanisierenden Bleibronze ist es möglich, sowohl Nickel als auch Eisen als Sperrdamm zuverlässig galvanisch abzuscheiden. Durch die Ultraschallreinigung ist dafür gesorgt, daß diese Kavernen absolut frei sind von Reaktionsprodukten, die beim

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Entfernen der Bleieinlagerungen entstanden sind. Deshalb ist es auch möglich, daß auf dem Grund der Kavernen 7 absolut zuverlässig der Sperrdamm abgeschieden werden kann, so daß trotz der sehr zerklüfteten Oberfläche des Sperrdamms dieser weitgehend geschlossen ist. Die Laufschicht 4 bildet somit Fortsätze 6 in die Bleibronze-Kavernen hinein, die einesteils eine gute Verklammerung der Laufschicht in der Bleibronze sicherstellen, andererseits auch eine Oberflächenvergrößerung darstellen für die Bindung der Laufschicht auf dem Sperrdamm. Ferner kann man in Figur 2 deutlich erkennen, daß bei verschlissener Laufschicht die Welle immer noch zu einem beträchtlichen Prozentsatz auf Weißmetall läuft. Diese Weißmetallinseln ermöglichen weiterhin in dieser Verschleißphase des Lagers eine gewisse Einbettungsfähigkeit für Schmutzpartikel und eine gewisse Notlaufeigenschaft beim Entstehen von Temperaturblitzen. Wie man sich sehr wohl vorstellen kann, bleiben diese "Gleiteigenschaften" des Sperrdammes während der gesamten Verschleißlaufzeit durch diesen Sperrdamm hindurch erhalten. Schließlich läuft die Welle in einem Verschleißstadium des Lagers, bei dem alle beteiligten Metalle, nämlich Laufschichtmetall, Sperrdamm-Metall, Kupfer und Blei an der Oberfläche des Lagers erscheinen, bis dann schließlich bei vollständigem Durchreiben des Sperrdammbereiches die Welle auf der reinen Bleibronze läuft.

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Claims (11)

3518793 Patentansprüche

1. Mehrschichtengleitlager bestehend aus einem Stahlstützkörper, einer Zwischenschicht aus einer Kupferlegierung mit 8 bis 30 % Bleianteil, einer Sperrschicht aus galvanisch abgeschiedenem Eisen oder Nickel und einer auf diese Sperrschicht aufgegossenen oder galvanisch aufgebrachten Laufschicht mit einem Zinnanteil von 8 bis 93 % , dadurch gekennzeichnet, daß aus der zu galvanisierenden Oberfläche der Zwischenschicht die dort angeschnittenen Bleianteile (5) der Kupferlegierung entfernt sind und daß sich die galvanische Sperrschicht (3) in die auf diese Weise entstandenen Kavernen (6) der Kupfermatrix (1) hineinerstreckt und deren Wand auskleidend bedeckt, wobei die durch die Sperrschicht (3) nur ausgekleideten Kavernen (6) durch Metallanteile der Laufschicht (4) ausgefüllt sind.

2. Mehrschichtengleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (3) nach dem galvanischen Abscheiden im Mittel eine Dicke aufweist von 3 bis 8 pm.

3. Mehrschichtengleitlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer aufgegossenen Laufschicht (4) aus einer Zinnlegierung mit 5 bis 10 % Antimon, 2 bis 5 % Kupfer, bis 0,5 % Arsen, bis 2 % Cadmium, als Sperrdamm (3) eine Eisenschicht vorgesehen ist.

4. Mehrschichtengleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisensperrschicht (3) im Übergangsbereich zur gegossenen Laufschicht (4) eine Reaktionsschicht aufweist aus einer Eisen-Zinn-Verbindung (FeSn₂).

5. Mehrschichtengleitlager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch auf die Eisen- oder Nickelsperrschicht aufgebrachte Laufschicht (4) eine Lagerlegierung ist mit 8 bis 15 % Zinn, 0 bis 3,5 % Kupfer, Rest Blei.

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6. Mehrschichtengleitlager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer galvanisch aufgebrachten Laufschicht (4) aus einer Zinnlegierung mit 3 bis 9 % Antimon, weniger als 1 % Kupfer und weniger als 0,5 % Blei als Sperrdamm (3) eine Eisenschicht vorgesehen ist.

7. Mehrschichtengleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen Laufschichten (4) eine Dicke von 50 bis 1000 Mikrometern, die galvanischen Laufschichten (4) eine Dicke von 10 bis 60 Mikrometern aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtengleitlagers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche der Zwischenschicht angeschnittenen Bleianteile (5) durch Behandlung mit einer Lösung aus Essigsäure und Wasserstoffperoxid erfolgt, anschließend die dabei entstehenden Reaktionsprodukte mittels Ultraschall aus den Kavernen (6) entfernt werden und daß wiederum anschließend die Sperrschicht (3) galvanisch abgeschieden wird.

9. Verfahren nach Anspruch.8 zur Herstellung des Mehrschichtengleitlagers nach Anspruch 3, 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufgießen des Weißmetalles (4) die Fe-Sperrschicht (3) verzinnt wird, indem eine Reaktion zwischen geschmolzenem Zinn-2-Chlorid und Eisen herbeigeführt wird und sich dabei flüssiges Zinn unter Bildung von FeSn₂ auf der Eisenoberfläche niederschlägt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung des Mehrschichtengleitlagers nach Anspruch 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Abscheiden der Laufschicht (4) unmittelbar anschließend an die galvanische Abscheidung der Sperrschicht (3) erfolgt.

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11. Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtengleitlagers nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe-Sperrschicht (3) vor dem Aufbringen der Laufschicht (4) wärmebehandelt wird, wobei die Lager eine Stunde auf 280 bis 300° C gehalten werden.